UVOD
INTRODUCTION
Evaporacija je fizikalni proces koji se odnosi na isparavanje vode s površine tla ili vodenih površina, a transpiracija je fiziološki proces isparavanja vode iz biljaka. Količina vode koja se transpirira ovisi o vrsti biljke, njezinoj veličini, klimatskim obilježjima određenog područja, sadržaju vode u tlu i drugim čimbenicima. Gubitak vode procesom evaporacije i transpiracije naziva se evapotranspiracija (Jug i dr. 2011). Evapotranspiracija je složen hidrološki ciklus kojim se voda vraća u atmosferu, te označava vrlo važnu komponentu hidrološkog ciklusa vode. Dakle, evapotranspiracija jest ukupno isparavanje vode s određenog područja. Vrijednosti evapotranspiracije predstavljaju onu količinu vode koja je potrebna biljkama (Jensen i Allen, 2016). Razlikuje se potencijalna evapotranspiracija (PET), stvarna ili aktualna (AE) i referentna evapotranspiracija (ETo) (Šimunić, 2013). Potencijalna evapotranspiracija može se općenito definirati kao količina vode koja bi mogla ispariti i transpirirati iz vegetiranog krajolika bez ograničenja osim atmosferske potražnje (Jensen i dr. 1990) ili kao najveća stopa evapotranspiracije koja bi se dogodila uz dovoljnu opskrbu vodom (Xiang i dr. 2020).
Potencijalna evapotranspiracija važan je indeks za hidrološke proračune nekog prostora i kritična varijabla za razumijevanje regionalnih bioloških procesa (Lu i dr. 2005) te se također upotrebljava kao indeks za predstavljanje dostupne energije okoliša i produktivnosti ekosustava (Currie, 1991). Zbog složenosti evapotranspiracije kao biofizičkog fenomena razvijeno je nekoliko pristupa i varijanti njezina mjerenja, odnosno izračuna (Rácz i dr. 2013).
Općenito se određuje na dva načina, izravnim i neizravnim metodama. Izravan način mjerenja uključuje mjerenje s pomoću lizimetra (Grismer i dr. 2002, Xu i Chen, 2005). Procjena lizimetrom najtočnija je tehnika (Tao i dr. 2018), a glavni je njezin nedostatak cijena i složenost (Zhang i dr. 2016). Prema nekim autorima (Jensen i Allen, 2016) evapotranspiracija se teško može izravno mjeriti, stoga se uglavnom procjenjuje primjenom empirijskih formula iz lakše dostupnih meteoroloških varijabli kao što su temperatura zraka, brzina vjetra i zračenje. Neizravnim načinom potencijalna evapotranspiracija procjenjuje se teorijskim, odnosno empirijskim jednadžbama (Kolka i Wolf, 1998) ili se izračunava množenjem standardnih podataka o isparavanju s koeficijentom (Grismer i dr. 2002). Potencijalnu evapotranspiraciju određuju meteorološki uvjeti (Jensen i Allen, 2016) i brojne okolišne varijable, uključujući temperaturu, oborine, zračenje, brzinu vjetra i vlažnost (Liu i dr. 2013), zbog čega neizravan način mjerenja obuhvaća podatke o manjem ili većem broju izmjerenih klimatskih elemenata. Međutim, kvantitativna procjena PET-a s postojećim matematičkim formulama katkad daje nedosljedne rezultate (Lu i dr. 2005). Točna procjena evapotranspiracije ključna je za razvoj, planiranje i upravljanje vodnim resursima, posebice u sadašnjem kontekstu globalnog zatopljenja i klimatskih promjena (Ahmed i dr. 2018, Shiru i dr. 2018, Hamed i dr. 2022), za praćenje sušnog razdoblja i aridnosti područja (Ugarković i Kelava Ugarković, 2013; Perčec Tadić i dr. 2014; Hamed i dr. 2022), za planiranje navodnjavanja (Shahid, 2011), procjenu bilance vode u ekosustavu (Jaber i dr. 2017, Ugarković i dr. 2022) te procjenu vodnog stresa (Mohsenipour i dr. 2018).
Metode određivanja potencijalne evapotranspiracije koje pri procjeni upotrebljavaju više klimatskih elemenata, kao što su temperatura zraka, relativna vlažnost zraka, brzina vjetra, metode su s većom točnosti (Šimunić, 2013). Pri neizravnom načinu određivanja potencijalne evapotranspiracije praktično se najviše primjenjuju metode koje zahtijevaju najmanje ulaznih varijabli (Fennessey i Vogel, 1996). Do danas je razvijeno približno pedeset metoda ili modela za procjenu potencijalne evapotranspiracije koji daju nedosljedne vrijednosti zbog različitih pretpostavki i ulaznih podataka, ali i zato što su neki od njih izrađeni za specifične klimatske regije (Grismer i dr. 2002). Penman-Monteithova (PNM) jednadžba smatra se najboljom metodom za procjenu potencijalne evapotranspiracije (Allen i dr. 1998, Hamed i dr. 2022) u širokom rasponu klima, te ju preporučuje Organizacija za hranu i poljoprivredu (FAO) kao referentan model za procjenu potencijalne evapotranspiracije (Valipour 2015) te kao standard za procjenu drugih modela PET-a u svijetu (Muhammad i dr. 2019, Kumari i Srivastava, 2020). Uz globalne klimatske promjene evapotranspiracija je preduvjet za razumijevanje interakcije tla, biljaka i atmosfere (Nemani i dr. 2002), stoga je nužno bolje razumijevanje odnosa pojedinih metoda, odnosno modela izračuna potencijalne evapotranspiracije. Brojne studije provedene su kako bi se odabrao najprikladniji model izračuna potencijalne evapotranspiracije u različitim dijelovima svijeta (Tabari i dr. 2011, Gocić i Trajković, 2014), dok se u Republici Hrvatskoj istraživanja potencijalne evapotranspiracije više temelje na njezinoj prostornoj raspodjeli (Vučetić i Anić, 2021), prostornoj raspodjeli i trendovima (Ferina i dr. 2021) te promjenama u vodnoj bilanci ekosustava (Zaninović i Gajić-Čapka, 2000)
Ciljevi su ovog istraživanja izračunati potencijalnu evapotranspiraciju za meteorološke postaje u različitim klimatskim tipovima na području nizinske, gorske i mediteranske Hrvatske prema metodama Thornthwaitea, Ivanova i Blaney-Criddlea, prikupiti podatke o iznosima PET-a prema metodi Penman-Monteitha, kao i statistički usporediti iznose godišnje potencijalne evapotranspiracije prema različitim metodama te povezanost i jakost korelacije među njima u različitim klimatskim tipovima.
MATERIJAL I METODA RADA
MATERIAL AND METHODS
Područje istraživanja – Research area
Podaci o srednjoj mjesečnoj temperaturi zraka i srednjoj mjesečnoj relativnoj vlažnosti zraka prikupljeni su za pet glavnih meteoroloških postaja (tablica 1 i slika 1) koje su u sustavu Državnog hidrometeorološkog zavoda Republike Hrvatske za razdoblje od 1981. do 2021. godine.
Slika 1. Položaj glavnih meteoroloških postaja obuhvaćenih istraživanjem
Figure 1. Location of the main weather stations included in the research
Meteorološke postaje nalaze se na području četiriju klimatskih tipova (Šegota i Filipčić, 2003) i četiriju vegetacijskih pojaseva u Hrvatskoj (tablica 1). Meteorološka postaja Osijek ima Cfa tip klime, umjereno topla kišna klima s vrućim ljetom. Za tu meteorološku postaju značajan je kontinentalni oborinski režim s najvećom količinom oborina u vegetacijskom razdoblju, a razdoblje suhoće traje 42 dana. Meteorološka postaja Zagreb-Maksimir ima Cfb tip klime, umjereno topla kišna klima s toplim ljetom. Na području te meteorološke postaje nema razdoblja suhoće ni razdoblja
suše. Tijekom cijele godine vlažno je ili humidno razdoblje, a oborinski režim jest kontinentalni. Meteorološka postaja Parg ima isti tip klime (Cfb) kao i postaja Zagreb-Maksimir, s razlikom u tome što je oborinski režim maritimni, s najmanjom količinom oborina u vegetacijskom razdoblju. Meteorološka postaja Zavižan ima vlažnu borealnu klimu. Tijekom višegodišnjeg razdoblja nema razdoblja suše ni razdoblja suhoće. Oborinski režim također je maritimni. Meteorološka postaja Hvar ima Csa tip klime, sredozemna klima s vrućim ljetom i maritimnim oborinskim režimom s minimalnim količinama oborina u ljetnim mjesecima.
Neizravan način određivanja potencijalne evapotranspiracije – Indirect way of determining potential evapotranspiration
Potrebna voda, odnosno potencijalna evapotranspiracija izračunata je neizravnim načinom prema originalnim metodama Thornthwaitea, Ivanova i Blaney-Criddlea (Tomić, 1988). Thornthwaiteova i Blaney-Criddleova metoda temelje se na temperaturi zraka (Lu i dr. 2005), dok neki autori metodu Ivanova smatraju metodom koja se zasniva na temperaturi zraka (Muhammad i dr. 2019), a drugi je svrstavaju u skupinu metoda temeljenoj na vlažnosti zraka (Hamed i dr. 2022).
Potencijalna evapotranspiracija ( PET) prema metodi Thornthwaitea izračunata je formulom:
10 t a
PET = 16 * I * k
t 1,514
i = 5
Tablica 1. Popis meteoroloških postaja s osnovnim klimatskim i vegetacijskim podacima
Table 1. List of weather stations with basic climate and vegetation data
Cfa – umjereno topla kišna klima s vrućim ljetom – moderately warm rainy climate with hot summers Cfb – umjereno topla kišna klima s toplim ljetom – moderately warm rainy climate with warm summers Df – vlažna borealna klima – humid boreal climate
Csa – sredozemna klima s vrućim ljetom – Mediterranean climate with hot summers
T – srednja godišnja temperatura zraka – mean annual air temperature
P – godišnja količina oborina – annual amount of precipitation
a = 1,6 × I + 0,5 100
t – srednja mjesečna temperatura zraka (°C)
I – godišnji toplinski indeks koji se dobije zbrajanjem dvanaest mjesečnih vrijednosti toplinskog indeksa (i)
a – vrijednost koja se izračuna iz godišnjeg toplinskog indeksa
k – korekcijski faktor koji se određuje za geografsku širinu i mjesec u godini
Izračun potencijalne evapotranspiracije (PET) prema metodi Ivanova dobiven je formulom:
PET = 0,0018 * (25 + t)2 * (100 – r)
t – prosječna mjesečna temperatura zraka (°C)
r – prosječna mjesečna relativna vlažnost zraka (%)
Izračun potencijalne evapotranspiracije (PET) prema Blaney-Criddleovoj metodi dobiven je formulom:
PET = 0,254 * (1,8t + 32) p * k
t – prosječna mjesečna temperatura zraka (°C)
p – prosječno mjesečno trajanje dana u % prema trajanju dana u godini
k – koeficijent koji ovisi o uzgajanoj kulturi
Prosječno mjesečno trajanje dana u % ( p) preuzeto je iz Tomić (1988) za geografske širine meteoroloških postaja. Koeficijent ( k) preuzet je za voćarske kulture (drvenasta vegetacija), za umjerene klimatske uvjete iznosi 0,50, a za aridne klimatske uvjete 0,65.
Model Penman–Monteitha (PNM) primjenjuje se u raznim regijama svijeta (Valipour 2014), ali njegova primjena zahtijeva mnogo parametara, od kojih je neke katkad teško dobiti. Stoga su iznosi godišnje potencijalne evapotranspiracije prema metodi Penman-Monteitha preuzeti s mrežne platforme KNMI Climate Explorer(Climate Explorer: Star-ting point (knmi.nl)). Ta metoda temelji se na kombinaciji klimatskih elemenata (Rácz i dr. 2013) kao što su temperatura zraka, relativna vlažnost zraka, brzina vjetra i insolacija.
Statistička obrada podataka – Statistical data processing
S obzirom na to da je Leveneov test homegenosti varijance bio statistički značajan (p > 0,05), godišnji iznosi potencijalne evapotranspiracije testirani su neparametarskim Kruskal-Wallisovim testom.
Budući da je korelacija dobar pokazatelj kako dvije vremenske serije i više njih slijede jedna drugu u varijaciji, koeficijent korelacije upotrijebljen je za usporedbu povezanosti metoda. Korelacije iznosa godišnje potencijalne evapotranspiracije prema različitim metodama utvrđene su Spearmanovom korelacijom ranga. Koeficijent korelacije (r) može biti izvrstan čak i ako je udaljenost dviju serija velika (Muhammad i dr. 2019)
Granica značajnosti iznosila je p < 0,05. Klimatski podaci obrađeni su u programu Klimasoft SE 1.1.1. (https://github.com/mfrntic/klimasoft). Statistička obrada podataka provedena je u programu Statistika 13 (TIBCO Software Inc. 2018).
REZULTATI ISTRAŽIVANJA S RASPRAVOM
RESEARCH RESULTS WITH DISCUSSION
Iznosi potencijalne evapotranspiracije izračunati prema različitim metodama za meteorološku postaju Osijek prikazani su na slici 2. Godišnji iznosi potencijalne evapotran-
Slika 2. Iznos potencijalne evapotranspiracije za meteorološku postaju Osijek
Figure 2. The amount of potential evapotranspiration for Osijek weather station
THW – Thornthwaite, IV – Ivanov, BC – Blaney-Criddle, PNM – Penman-Monteith
Slika 3. Iznos potencijalne evapotranspiracije (mm) za meteorološku postaju Zagreb-Maksimir
Figure 3. The amount of potential evapotranspiration (mm) for Zagreb-Maksimir weather station
THW – Thornthwaite, IV – Ivanov, BC – Blaney-Criddle, PNM – Penman-Monteith
spiracijepremametodama Ivanova(IV) i Penman-Monteitha (PNM) bili su veći u odnosu na metode Thornthwaitea (THW) i Blaney-Criddlea (BC). Ipak, iznosi potencijalne evapotranspiracije izračunati prema različitim metodama preklapali su se tijekom promatranog razdoblja.
Apsolutno minimalni iznosi potencijalne evapotranspiracije bili su 666,1 mm prema metodi Thornthwaitea, 570,8 mm prema metodi Ivanova, 678,1 prema metodi BlaneyCriddlea i 720,0 mm prema Penman-Monteitha. Apsolutno maksimalni iznosi potencijalne evapotranspiracije bili su 773,4 (Thornthwaite), 1082,2 (Ivanov), 740,9 (BlaneyCriddle) i 927,0 mm (Penman-Monteith). Apsolutno minimalni i apsolutno maksimalni iznosi potencijalne evapotranspiracije nisu bili istih godina. Apsolutno maksimalni iznosi potencijalne evapotranspiracije bili su 2000. i 2012. godine. Prema vrijednostima temperaturnih percentila 2000. godina (Katušin i dr. 2001), kao i 2012. godina (Pandžić i dr. 2014) bile su ekstremno tople godine.
Na slici 3 prikazani su iznosi potencijalne evapotranspiracije izračunati za meteorološku postaju Zagreb-Maksimir. Iznosi potencijalne evapotranspiracije prema metodama Ivanova i Penman-Monteitha bili su viši od iznosa izračunatih prema metodama Thornthwaitea i Blaney-Criddlea. Apsolutni minimum potencijalne evapotranspiracije prema metodi Thornthwaitea iznosio je 647,9 mm, prema Ivanovu 680,7 mm, prema metodi Blaney-Criddlea 667,6 mm, a za Penman-Monteith iznosio je 714,0 mm. Apsolutno maksimalni iznosi potencijalne evapotranspiracije bili su 774,7 mm (Thornthwaite), 1094,4 mm (Ivanov), 743,4 mm (Blaney-Criddle) i 870,0 mm (Penman-Monteith). Apsolutno maksimalni iznosi potencijalne evapotranspiracije bili su 2003., 2017. i 2018. godine, koje su bile također ekstremno tople (Katušin i dr. 2004, Pandžić i dr. 2018, Pandžić i dr. 2019). Veće temperature zraka utječu na veću evaporaciju i transpiraciju (Weerasinghe, 1986; Penzar i Penzar, 2000; Ugarković i dr. 2018), zbog čega su i iznosi potencijalne evapotranspiracije u tim godinama bili maksimalni.
Slika 4. Iznos potencijalne evapotranspiracije (mm) za meteorološku postaju Parg
Figure 4. The amount of potential evapotranspiration (mm) for Parg weather station
THW – Thornthwaite, IV – Ivanov, BC – Blaney-Criddle, PNM – Penman-Monteith
Slika 5. Iznos potencijalne evapotranspiracije (mm) za meteorološku postaju Zavižan
Figure 5. The amount of potential evapotranspiration (mm) for Zavižan weather station
THW – Thornthwaite, IV – Ivanov, BC – Blaney-Criddle, PNM – Penman-Monteith
Na slici 4 prikazani su iznosi potencijalne evapotranspiracije u gorskoj Hrvatskoj za meteorološku postaju Parg. Apsolutno minimalni iznosi potencijalne evapotranspiracije bili su 523,9 mm prema metodi Thornthwaitea, zatim 312,0 mm prema metodi Ivanova, 576,9 mm prema metodi Blaney-Criddlea i 627,0 mm prema Penman-Monteithu. Apsolutno maksimalni iznosi potencijalne evapotranspiracije iznosili su 627,0 mm (Thornthwaite), 731,2 mm (Ivanov), 650,4 mm (Blaney-Criddle) i 792,0 mm (Penman-Monteith).
Apsolutno maksimalni iznosi potencijalne evapotranspiracije bili su 2003., 2012., 2018. i 2019. godine. Godine 2003., 2012. i 2018. bile su ekstremno tople (Katušin i dr. 2004, Pandžić i dr. 2014, Pandžić i dr. 2019), dok je 2019. godina bila vrlo topla (Pandžić i dr. 2020).
Slika 6. Iznos potencijalne evapotranspiracije (mm) za meteorološku postaju Hvar
Figure 6. The amount of potential evapotranspiration (mm) for Hvar weather station
THW – Thornthwaite, IV –– Ivanov, BC – Blaney-Criddle, PNM – Penman-Monteith
Slika 5 prikazuje iznose potencijalne evapotranspiracije za meteorološku postaju Zavižan. Iznosi potencijalne evapotranspiracije prema metodi Penman-Monteitha bili su mnogo viši od ostalih metoda. Apsolutni minimumi prema metodama iznosili su 428,2 mm (Thornthwaite), 244,1 mm (Ivanov), 493,2 mm (Blaney-Criddle) te 828,0 mm (Penman-Monteith). Apsolutni maksimumi iznosili su 515,1 mm (Thornthwaite), 619,9 mm (Ivanov), 558,3 mm (Blaney-Criddle) te 1011,0 mm prema metodi Penman-Monteitha. Taj apsolutni maksimum bio je 2011. godine koja je na području Zavižana bila ekstremno topla (Pandžić i dr. 2013). Na području meteorološke postaje Zavižan dobili smo znatno veće godišnje iznose potencijalne evapotranspiracije prema metodi Penman-Monteitha u odnosu na ostale metode. Istraživanje Bormanna i dr. (2011) pokazalo je da modeli temeljeni na prijenosu mase (primjerice Penman-Monteithov model i Ivanov model) nisu prikladni za primjenu u vlažnim, sušnim i polusušnim vremenskim uvjetima. Stoga i mi pretpostavljamo da model PenmanMonteitha neopravdano daje znatno veće iznose u uvjetima vlažne borealne klime. Rezultati Rácz i dr. (2013) također su pokazali da najviše iznose PET-a daje metoda PenmanMonteitha.
S druge strane rezultati Bakr i dr. (2021) pokazali su da je Penman-Monteithov model najbolji za izračun evapotranspiracije u sušnim uvjetima, a Ivanov model bio je najmanje točan s nižim vrijednostima korelacije i višim vrijednostima apsolutne stope pogreške od ostalih metoda. Prema tim rezultatima istraživanja metoda Ivanova nije korelirala ni s jednom istraživanom metodom na području Zavižana u vlažnoj borealnoj klimi (tablica 2).
Iznosi potencijalne evapotranspiracije na meteorološkoj postaji Hvar jasno se razdvajaju prema metodama Ivanova i Thornthwaitea, dok se iznosi prema metodama BlaneyCriddlea i Penman-Monteitha preklapaju (slika 6). Najmanji iznosi bili su prema metodi Thornthwaitea, a najveći prema metodi Ivanova. Apsolutni minimumi potencijalne evapotranspiracije bili su 823,9 mm (Thornthwaite), zatim 1159,0 mm (Ivanov) i 1032,2 mm (Blaney-Criddle) te 969,0 mm prema metodi Penman-Monteitha. Apsolutni maksimumi potencijalne evapotranspiracije iznosili su 978,9 mm prema metodi Thornthwaitea, 1584,6 mm prema metodi Ivanova, 1105,1 mm prema metodi Blaney-Criddlea i 1137,0 mm prema metodi Penman-Monteitha (slika 6).
Sve te istraživane metode općenito rezultiraju malo drukčijim procjenama evapotranspiracije (slika 2 do slika 6), što ovisi i o korištenim klimatskim podacima. Do istih su rezultata došli Lemaitre-Basset i dr. 2022. godine.
Na području meteorološke postaje Hvar dobili smo znatno više vrijednosti potencijalne evapotranspiracije prema metodi Ivanova. Neki autori svrstavaju je u skupinu metoda temeljenih na temperaturi (Muhammad i dr. 2019), neki u skupinu metoda temeljenih na vlažnosti (Hamed i dr. 2022), a neki u skupinu metoda temeljenih na prijenosu mase (Bormann 2011). Potrebno je detaljnije analizirati brzine vjetra na području meteorološke postaje Hvar, jer prema rezultatima koje donosi Weerasinghe (1986) model Ivanova funkcionirao bi zadovoljavajuće da je brzina vjetra mala.
Slika 7. Usporedba godišnjih iznosa potencijalne evapotranspiracije prema različitim metodama za meteorološku postaju Osijek Stupci predstavljaju srednju vrijednost ± standardna devijacija. Vrijednosti označene različitim slovom znatno se razlikuju, p < 0,05.
Figure 7. Comparison of annual amounts of potential evapotranspiration by different methods for Osijek weather station Bars represent mean ± standard deviation. Values marked with a different letter are significantly different, p < 0.05.
THW – Thornthwaite, IV-Ivanov, BC – Blaney-Criddle, PNM – Penman-Monteith
Slika 8. Usporedba godišnjih iznosa potencijalne evapotranspiracije prema različitim metodama za meteorološku postaju Zagreb-Maksimir Stupci predstavljaju srednju vrijednost ± standardna devijacija. Vrijednosti označene različitim slovom znatno se razlikuju, p < 0,05.
Figure 8. Comparison of annual amounts of potential evapotranspiration by different methods for Zagreb-Maksimir weather station Bars represent mean ± standard deviation. Values marked with a different letter are significantly different, p < 0.05.
THW – Thornthwaite, IV – Ivanov, BC – Blaney-Criddle, PNM – Penman-Monteith
Za područje Pakistana metoda Ivanova pokazala se kao najbolja među modelima na bazi vlage (Hamed i dr. 2022).
Za određeno mjesto ili godinu utvrđeni su slični iznosi potencijalne evapotranspiracije za neke metode temeljene na temperaturi (slika 2 do slika 6). Metodama Ivanova i Penman-Monteitha utvrđeni su viši iznosi PET-a u odnosu na metode Thornthwaitea i Ivanova. Slične rezultate za iznose potencijalne evapotranspiracije prema metodi Thornthwaitea dobili su Lu i dr. (2005).
Drugi pak autori smatraju da je Thornthwaiteov model dobra metoda za procjenu potencijalne evapotranspiracije u Iraku (Al-Sudani, 2018, Bakr i dr. 2021) gdje prevladavaju sušni klimatski uvjeti.
Za meteorološku postaju Osijek prosječan godišnji iznos potencijalne evapotranspiracije prema metodi Thornthwaitea iznosio je 721,4 mm, Ivanova 802,2 mm, Blaney-Criddlea 711,3 mm i Penman-Monteitha 819,4 mm (slika 7). Prema rezultatima Kruskal-Wallisova testa (H = 73,60; ChiSquare = 84,78) nije postojala značajna razlika u iznosima godišnje potencijalne evapotranspiracije između metoda Thornthwaitea i Blaney-Criddlea te metoda Ivanova i Penman-Monteitha (p = 0,393). Metode Thornthwaitea i Blaney-Criddlea temeljene su na temperaturnoj osnovi, gdje je temperatura zraka glavni ulazni podatak za izračun vrijednosti PET-a. Stoga su te dvije metode bliske te između njih nije bilo statistički značajne razlike. Metode Ivanova i Penman-Monteitha kombinirane su metode koje primjenjuju minimalno dva klimatska elementa za izračun potencijalne evapotranspiracije te nisu dobivene statistički značajne razlike u vrijednostima PET-a između njih. Bormann i dr. (2011) svrstavaju metodu Ivanova u skupinu metoda temeljenih na prijenosu mase, kao i metodu Penman-Monteitha.
Za meteorološku postaju Zagreb-Maksimir prosječan godišnji iznos potencijalne evapotranspiracije iznosio je 714,7 mm prema metodi Thornthwaitea, 860,0 mm prema Ivanovu, 709,3 mm prema metodi Blaney-Criddlea i 786,0 mm prema Penman-Monteithu (slika 8). Postojala je statistički značajna razlika u godišnjem iznosu potencijalne evapotranspiracije prema metodi Ivanova i Penman-Monteitha u odnosu na ostale dvije metode (H = 84,79; Chi-Square = 80,48; p > 0,001).
Za meteorološke postaje Osijek i Zagreb-Maksimir dobiveni su isti odnosi godišnjeg iznosa potencijalne evapotranspiracije za istraživane metode, odnosno jednu skupinu čine metode Thornthwaite i Blaney-Criddle, a drugu skupinu čine metode Ivanova i Penman-Monteitha. Metode koje primjenjuju iste klimatske elemente za izračun potencijalne evapotranspiracije daju i sličnije rezultate izračuna, odnosno među njima nema statistički značajne razlike.
U gorskoj Hrvatskoj (slika 9) prosječan godišnji iznos potencijalne evapotranspiracije bio je najveći prema metodi Penman-Monteitha u iznosu od 705,9 mm i značajno se razlikovao od iznosa prema metodi Thornthwaitea (585,2 mm), Ivanova u iznosu od 553,0 mm i Blaney-Criddlea (620,29 mm) (H = 91,28; Chi-Square = 69,17; p > 0,001).
Postojala je statistički značajna razlika između metoda temeljenih na temperaturi zraka, Thornthwaitea i BlaneyCriddlea (p = 0,013), dok nije utvrđena statistički značajna razlika u iznosima za metode Thornthwaitea i Ivanova.
Slika 9. Usporedba godišnjih iznosa potencijalne evapotranspiracije prema različitim metodama za meteorološku postaju Parg Stupci predstavljaju srednju vrijednost ± standardna devijacija. Vrijednosti označene različitim slovom znatno se razlikuju, p < 0,05.
Figure 9. Comparison of annual amounts of potential evapotranspiration by different methods for Parg weather station. Bars represent mean ± standard deviation. Values marked with a different letter are significantly different, p < 0.05.
THW – Thornthwaite, IV – Ivanov, BC – Blaney-Criddle, PNM – Penman-Monteith
Isti odnos iznosa potencijalne evapotranspiracije među različitim metodama zabilježen je i na meteorološkoj postaji Zavižan (slika 10). Također je na toj meteorološkoj postaji najveći prosječan godišnji iznos potencijalne evapotranspiracije bio prema metodi Penman-Monteitha (925,5 mm) u odnosu na metodu Thornthwaitea (474,1 mm), Ivanova (427,1 mm) i Blaney-Criddlea (532,8 mm). Te razlike bile su i statistički značajne (H = 130,18; Chi-Square = 123,02; p > 0,001). Za meteorološku postaju Zavižan potrebno je neizravno izračunati iznose potencijalne evapotranspiracije prema metodi Penman-Monteitha i usporediti ih s podacima dobivenim s mrežne platforme KNMI Climate Explorer.
Na području sredozemne klime (slika 11) postojala je statistički značajna razlika u godišnjem iznosu potencijalne evapotranspiracije za metode Blaney-Criddlea i PenmanMonteitha u odnosu na metode Thornthwaitea i Ivanova (H = 137,82; Chi-Square = 84,39; p > 0,001). Godišnji iznos potencijalne evapotranspiracije prema metodi Thornthwaitea i Ivanova također se značajno razlikovao (p > 0,001). Najveći prosječan godišnji iznos potencijalne evapotranspiracije bio je prema metodi Ivanova (1368,6 mm), zatim prema metodi Blaney-Criddlea (1065,0 mm), slijedi metoda Penman-Monteitha (1051,0 mm), a najmanji prema metodi Thornthwaitea (891,6 mm).
Slika 10. Usporedba godišnjih iznosa potencijalne evapotranspiracije prema različitim metodama za meteorološku postaju Zavižan Stupci predstavljaju srednju vrijednost ± standardna devijacija. Vrijednosti označene različitim slovom znatno se razlikuju, p < 0,05.
Figure 10 Comparison of annual amounts of potential evapotranspiration by different methods for Zavižan weather station Bars represent mean ± standard deviation. Values marked with a different letter are significantly different, p < 0.05.
THW – Thornthwaite, IV – Ivanov, BC – Blaney-Criddle, PNM – Penman-Monteith
Slika 11. Usporedba godišnjih iznosa potencijalne evapotranspiracije prema različitim metodama za meteorološku postaju Hvar Stupci predstavljaju srednju vrijednost ± standardna devijacija. Vrijednosti označene različitim slovom znatno se razlikuju, p < 0,05.
Figure 11. Comparison of annual amounts of potential evapotranspiration by different methods for Hvar weather station. Bars represent mean ± standard deviation. Values marked with a different letter are significantly different, p < 0.05.
THW – Thornthwaite, IV – Ivanov, BC – Blaney-Criddle, PNM – Penman-Monteith
Međutim, kao i u istraživanju Lu i dr. (2005), multivarijatni statistički testovi pokazali su da su iznosi potencijalne evapotranspiracije iz različitih metoda bili značajno različiti (slika 6 do 10). Razlike u prosječnim godišnjim iznosima potencijalne evapotranspiracije među metodama na području vlažne borealne klime i sredozemne klime s vrućim ljetom iznosile su od 477,0 do 498,3 mm, dok su na području umjereno tople kišne klime s vrućim i toplim ljetom iznosile od 108,1 do 152,9 mm.
Na području nizinske Hrvatske nismo pronašli statistički značajne razlike između metoda temeljenih na temperaturi (Thornthwaite i Blaney-Criddle) kao ni između metoda temeljenih na vlažnosti i prijenosu mase (Ivanov i PenmanMonteith). U gorskoj i pretplaninskoj Hrvatskoj nisu pronađene razlike između metoda Thornthwaitea i Ivanova, dok u sredozemnoj Hrvatskoj nije bilo značajnih razlika u iznosima prema metodama Blaney-Criddlea i PenmanMonteitha.
U perhumidnim klimama (meteorološke postaje Parg i Zavižan) prosječno najmanji iznos potencijalne evapotranspiracije jest prema metodi Ivanova, dok u semihumidnim i semiaridnim klimama ta metoda daje prosječno najveći iznos potencijalne evapotranspiracije. Osim toga, relativna vlažnost zraka kao klimatski element vrlo je varijabilna i promjenjiva kako tijekom dana, tako i u sezoni (Penzar i Penzar 2000), što utječe na izračun potencijalne evapotranspiracije.
Istraživanja Federer i dr. (1996) te Vörösmarty i dr. (1998) sugeriraju da različite metode mogu dati značajno različite rezultate. U njihovu istraživanju te se razlike kreću od stotinu milimetara vode, čak i više od 700 mm. U našem istraživanju razlike u godišnjim iznosima potencijalne evapotranspiracije iznosile su 108,1 mm za Osijek, 150,7 mm za Zagreb-Maksimir, 152,9 mm na području Parga, 477,0 mm na području Zavižana i 498,3 mm na području Hvara.
Amatya i dr. (1995) otkrili su da je Thornthwaiteova metoda imala najlošije rezultate u usporedbi s iznosima potencijalne evapotranspiracije prema Penman-Monteithu, koja je upotrijebljena kao standardna metoda za usporedbe. Nasuprot tomu, Jakimavicius i dr. (2013) utvrdili su da je model Thornthwaitea dao najprecizniju procjenu isparavanja na području Baltika. U usporedbi s metodom Penman-Monteitha na području meteoroloških postaja Osijek i Zagreb-Maksimir metoda Blaney-Criddlea imala je najlošije rezultate, dok je na području Parga, Zavižana i Hvara to bila metoda Ivanova.
Istraživanja Rácz i dr. (2013) pokazala su da je model Blaney-Criddlea najbliži Penman-Monteithu, metodi s referentnom vrijednosti potencijalne evapotranspiracije. U ovom istraživanju to smo dobili samo za područje s maritimnim oborinskim režimom (Parg, Zavižan i Hvar), dok je na području nizinske Hrvatske s kontinentalnim oborinskim režimom (Osijek i Zagreb-Maksimir) metoda Ivanova najbliža metodi Penmam-Monteitha prema godišnjim iznosima.
Na području gorske, pretplaninske i sredozemne Hrvatske pronađene su razlike u iznosu potencijalne evapotranspiracije između metoda Thornthwaitea i Blaney-Criddlea, a do takva zaključka došli su Lu i dr. (2005) uspoređujući metode temeljene na temperaturi. Pri izračunu potencijalne evapotranspiracije Alexandris i dr. (2008) primarno preporučuju metode koje se zasnivaju na radijaciji, a tek potom metode na bazi temperature zraka.
Učinkovitost modela izračuna potencijalne evapotranspiracije ovisi o lokalnoj klimi (Muhammad i dr. 2019), stoga je važno pronaći odgovarajući model na temelju dostupnosti vremenskih podataka.
Muhammad i dr. (2019) sugeriraju da se model Ivanova, koji zahtijeva samo srednju temperaturu i relativnu vlažnost zraka, može primjenjivati za krajnji slučaj u kontekstu dostupnosti podataka.
Rezultati Saparuddin i Wicana (2020) pokazali su da su relativno najosjetljivije na temperaturne promjene metode Thornthwaitea i Blaney-Criddlea, a zatim Penman-Monteitha i Ivanova. Promjene koje se događaju s temperaturom zraka (klimatske promjene) bit će praćene promjenama drugih klimatskih elementa, uključujući oborine, sunčevo zračenje, vlažnost zraka i brzinu vjetra.
Stoga klimatske promjene mogu izazvati dodatnu neizvjesnost, jer svaka formula može drukčije reagirati na promjene klimatskih elemenata kao ulaznih podataka.
U tablici 2 prikazani su korelacijski koeficijenti između godišnjih iznosa potencijalne evapotranspiracije prema različitim metodama. Na području nizinske Hrvatske (meteorološke postaje Osijek i Zagreb-Maksimir) najveća korelacija bila je za iznose potencijalne evapotranspiracije prema metodama Thornthwaitea i Blaney-Criddlea (r = 0,95* i r = 0,96*), a najmanje prema metodama BlaneyCriddlea i Ivanova (r = 0,49* i r = 0,83*).
Na području gorske Hrvatske, meteorološka postaja Parg najveća korelacija bila je između metoda Thornthwaitea i Blaney-Criddlea (r = 0,98*), a najmanja između metoda Thornthwaitea i Ivanova (r = 0,79*) te Blaney-Criddlea i Ivanova (r = 0,79*).
Za meteorološku postaju Zavižan, vlažna borealna klima najveća korelacija bila je između vrijednosti potencijalne evapotranspiracije prema metodi Thornthwaitea i BlaneyCriddlea (r = 0,88*) te Blaney-Criddlea i Penman-Monteitha (r = 0,88*). U tom klimatskom tipu iznosi potencijalne evapotranspiracije prema metodi Ivanova nisu imale statistički značajne korelacije s drugim metodama. U sredozemnoj klimi najveća korelacija bila je između metoda Thornthwaitea i Blaney-Criddlea (r = 0,97*), a najmanja između metoda Thornthwaitea i Ivanova (r = 0,57*). Iako se različite metode temelje na različitim klimatskim elementima, metode koje primjenjuju isti klimatski element imaju veće korelacije i manje razlike u godišnjim iznosima potencijalne evapotranspiracije.
Tablica 2. Neparametarska Spearmanova korelacija iznosa potencijalne evapotranspiracije prema različitim metodama
Table 2. Non-parametric Spearman’s correlation of the amount of potential evapotranspiration by different methods
*signifikantno, p < 0,05
*significant, p < 0.05
PET – potencijalna evapotranspiracija, THW – Thornthwaite, IV – Ivanov, BC – Blaney-Criddle, PNM –Penman-Monteith
Prema istraživanju Lu i dr. (2005) iznosi potencijalne evapotranspiracije izračunati iz različitih metoda bili su u visokoj korelaciji, a koeficijenti korelacije iznosili su od 0,85 do 1,00.
U ovom istraživanju koeficijenti korelacije prema jakosti bili su srednje do visoke jakosti korelacije, a za različite metode i različite klimatske tipove iznosili su od 0,49 do 0,98.
Prema rezultatima Weerasinghe (1996) korelacija iznosa potencijalne evapotranspiracije između metoda Thornthwaitea i Ivanova iznosila je r = 0,40. Na području različitih klimatskih tipova u Hrvatskoj korelacija između tih dviju metoda kretala se od r = 0,57 do r = 0,90, dok na području vlažne borealne klime statistički značajna korelacija nije ni postojala.
Istraživanja Bakr i dr. (2021) u Iraku pokazala su da je Ivanov model bio najmanje točan s nižim vrijednostima korelacije i višim vrijednostima apsolutne stope pogreške od ostalih metoda. Prema ovim rezultatima istraživanja metoda Ivanova nije korelirala ni s jednom istraživanom metodom na području Zavižana u vlažnoj borealnoj klimi (tablica 2).
ZAKLJUČCI
CONCLUSIONS
Primijenjene metode dale su širok raspon vrijednosti potencijalne evapotranspiracije, pokazujući razlike u prosječnom godišnjem iznosu u različitim klimatskim tipovima i vegetacijskim pojasevima u Hrvatskoj. Najveće prosječne vrijednosti godišnje potencijalne evapotranspiracije uglavnom su dobivene prema metodi Penman-Monteitha, a slijedi je metoda Ivanova na području Zagreb-Maksimira i Hvara. Apsolutno minimalne i apsolutno maksimalne vrijednosti potencijalne evapotranspiracije uglavnom su dobivene prema metodi Ivanova.
Najveće razlike u prosječnim godišnjim iznosima potencijalne evapotranspiracije među metodama bile su na području vlažne borealne klime i sredozemne klime s vrućim ljetom, a najmanje na području umjereno tople kišne klime s vrućim i toplim ljetom. Prema prosječnim godišnjim iznosima potencijalne evapotranspiracije metodi PenmanMonteitha kao referentnoj metodi na području nizinske Hrvatske najbliža je bila metoda Ivanova, dok na području gorske, pretplaninske i sredozemne Hrvatske najbliža je metoda Blaney-Criddlea. Uzmemo li u obzir da je metoda Penman-Monteitha referentna i općepriznata metoda za izračun potencijalne evapotranspiracije, preliminarnim rezultatima istraživanja za nizinski vegetacijski pojas prepo-
ručujemo uporabu metode Ivanova, a za gorski, pretplaninski i mediteranski vegetacijski pojas metodu Blaney-Criddlea. Međutim, za potpuniju analizu i zaključak potrebno je izračunati iznose potencijalne evapotranspiracije prema metodi Penman-Monteitha i napraviti statističku analizu podataka. Metoda Penman-Monteitha najviše je korelirala s metodama Thornthwaitea i Ivanova u umjerenom toploj kišnoj klimi s vrućim i toplim ljetom te Thornthwaitea i Blaney-Criddlea u umjereno toploj kišnoj klimi s toplim ljetom, vlažnoj borealnoj klimi i sredozemnoj klimi. Najveća korelacija zabilježena je između metoda Thornthwaitea i Blaney-Criddlea, a najmanja između metoda Ivanova i Blaney-Criddlea. Na području vlažne borealne klime iznos godišnje potencijalne evapotranspiracije prema metodi Ivanova nije statistički značajno korelirao s vrijednostima ostalih metoda.